DE1266134B

DE1266134B - Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE1266134B
Application number: DEE19966A
Authority: DE
Inventors: Otto Eckerle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-09-26
Filing date: 1960-09-26
Publication date: 1968-04-11
Also published as: DE1465258A1

Description

Zahnradpumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradpumpe mit einem innenverzahnten Hohlrad und einem außenverzahnten, mit dem Hohlrad kämmenden Ritzel sowie einem zwischen den beiden Zahnrädern angeordneten sichelfönnigen Füllstück, wobei zwischen der Außenumfangsfläche des Hohlrades und der dieses umgebenden Gehäusebohrungswand eine oder mehrere Lagerschalen, zumindest eine druckseitige Lagerschale, »Steuerschale« genannt, angeordnet sind, welche auf ihrer der Hohlradumfangsfläche abgewandten Außenseite durch Flüssigkeit unter Förderdruck beaufschlagt ist. Damit an der druckseitigen Lagerschale bzw. am druckseitigen Teil einer Lagerschale radiale Kräfte von der Außenseite her einwirken können, muß sie in geringem Maße elastisch nachgiebig oder radial verschieblich angeordnet sein und kann als »Steuerschale« bezeichnet werden, weil sie zur Wirkungsrichtung radialer Kräfte verwendet wird.
Bei Pumpen mit zwei im Inneneingriff kämmenden Zahnrädern sind diese einem starken einseitigen Druck ausgesetzt. Während der Druck auf das angetriebene Ritzel von der Welle und deren Lager aufgenommen wird, wirkt der Druck auf das Hohlrad, vor allem, wenn dieses nur ein mittels seiner Umfangsfläche gelagerter Zahnring ohne Welle oder Wellenstummel ist, so, daß dieses radial und einseitig in Richtung der resultierenden Druckkraft gegen das Gehäuse bzw. die Lagerschale gedrückt wird, mit der die Gehäusebohrung für das Hohlrad ausgekleidet ist. Da außerdem an der Hohlradumfangsfläche eine beträchtlich höhere Umfangsgeschwindigkeit als am Umfang der Antriebswelle vorhanden ist, verursacht der einseitige Druck erhebliche Reibungsverluste, die den Wirkungsgrad der Pumpe vermindern. Zudem gräbt sich das Hohlrad im Laufe der Zeit in den druckseitigen Bereich seiner Lagerung ein und am saugseitigen Umfangsbereich des Hohlrades entsteht ein Spalt, der die Saugleistung der Pumpe reduziert.
Bei einer bekannten Zahnradpumpe der eingangs erwähnten Art ist das als Zahnring ausgebildete Hohlrad mit seiner Außenumfangsfläche in einer in die entsprechende Gehäusebohrung eingesetzten Lagerbuchse gelagert, welche in zur Drehachse des Hohlrades parallelen Teilfugen zweigeteilt ist. Die eine Hälfte der Lagerschale ist mit öffnungen zum Ein-und Auslaß des Fördermediums zwischen die Verzahnungen der Zahnräder versehen und kann im übrigen als starr im Gehäuse abgestützt angesehen werden. Die andere Hälfte der Lagerschale weist auf der dem Hohlrad abcewandten Außenseite eine in Umfangsrichtung fast über ihre gesamte Bogenlänge verlaufende Ausnehmung auf, die mit der Druckseite der Pumpe in Verbindung steht, also mit Flüssigkeit unter Förderdruck beaufschlagt ist, so daß sie als radiales Druckfeld wirkt, das die betreffende Hälfte der Lagerschale in Richtung auf das (im Querschnitt) sichelförmige Füllstück drängen will. Wenn nun diese Ausnehmung zu breit bemessen ist, wird durch das Druckfeld das Hohlrad zu sehr gegen das Füllstück gedrückt, so daß hier Reibungsverluste und Verschleißerscheinungen auftreten. Bei einer anderen bekannten Zahnradpumpe ähnlicher Art ist das ebenfalls nur ringförmige Hohlrad mit seiner Umfangsfläche in einer exzentrisch ausgebohrten, starr in das Gehäuse eingesetzten Lagerbuchse gelagert, wobei im Bereich der Druckseite zwei nutenförmige Ausnehmungen in der Bohrungsfläche dieser Lagerbuchse vorgesehen sind, welche über Kanäle mit dem Druckstutzen der Pumpe verbunden sind. Dadurch entstehen Druckfelder zwischen dem Hohlrad und der Lagerbuchse, durch die auf das Hohlrad wirkende radiale Kräfte ausgeglichen werden sollen. Es sind zwar Regulierschrauben an den Kanälen zu den Druckfeldern vorgesehen, jedoch kann dadurch die Druckflüssigkeitszufuhr nicht so genau bestimmt werden., als daß es nicht möglich wäre, daß das Hohlrad zu sehr gegen das sichelförmige Füllstück gedrückt wird und dabei dann wieder Druckflüssigkeit an der Umfangsfläche des Hohlrades verlorengeht. Wenn das Lagerspiel nach einer bestimmten Betriebszeit sich vergrößert hat, kann sich ein ständiges Hin- und Herschwingen des Hohlrades zwischen dem Füllstück und der Bohrungswand der Lagerbuchse, also ein Pulsieren, einstellen.
Der Erflndung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Innenläufer-Zahnradpumpe der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie unter Verbesserung des Wirkungsgrades und Verminderung des Verschleißes für höhere Betriebsdrücke verwendet werden kann, indem Maßnahmen getroffen werden sollen, um die radial am Hohlrad und an der Lagerschale wirkenden Druckkräfte so zu lenken und auszugleichen, daß das Hohlrad nicht mit zu großer Kraft gegen die Steuerschale, sondern noch mit geringer Kraft gegen den niederdruckseitigen Bereich der das Hohlrad umgebenden Gehäusebohrungswand oder dem dort vorgesehenen Lagerschalenteil gedrückt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die druckseitige Lagerschale bzw. Steuerschale so auszubilden, daß sie auf der Außenseite unter der Wirkung eines äußeren in Umfangsrichtung sich erstreckenden, mit der Pumpendruckseite verbundenen, größeren Druckfeldes und auf der Innenseite unter der Wirkung eines oder mehrerer, hauptsächlich in Umfangsrichtung sich erstreckender, bezüglich ihrer radial wirksamen, unter Förderdruck stehenden Fläche oder Flächensummen kleinerer Entlastungsdruckfelder steht. Dadurch wird erreicht, daß zwischen der Lagerschale und dem Hohlradmantel eine abstützende Kraft wirkt ' die einem zu großen Andrücken des Hohlrades an die Lagerschale entgegen arbeitet und bei der außerhalb der Lagerschale noch eine weitere radiale Kraft wirkt, die die Lagerschale mit dem Hohlrad leicht gegen den niederdruckseitigen Teil der das Hohlrad umgebenden Gehäusebohrungswand drückt.
An sich ist die Anordnung eines äußeren Druckfeldes und innerer Druckfelder schon bei den Lagerkörpern für die Wellen der Zahnräder einer Zahnradpumpe mit zwei Rädern im Außeneingriff bekannt. Dabei ist beiderseits der Zahnräder ein solcher Lagerkörper mit zwei Lagerbohrungen sowie mit je einem Druckfeld in jeder Bohrung und einem radial wirkenden Druckfeld auf der Außenfläche des Lagerkörpers angeordnet. Die mit Druckflüssigkeit beaufschlagten Druckfelder befinden sich auf der Niederdruckseite des Lagerkörpers und haben hauptsächlich die Aufgabe, eine axiale Beweglichkeit der Lagerkörper zu ermöglichen, welche durch Druckbeaufschlagung an ihren den Zahnrädern abgekehrten äußeren Stimflächen ständig dichtend gegen die Zahnradseitenflächen gedrückt werden. Allerdings kann durch die radial wirkenden Druckfelder mehr oder minder auch schon ein Abheben der Zahnräder vom niederdruckseitigen und Anliegen an den hochdruckseitigen Wandbereich des die Zahnräder umgebenden Gehäusehohlraums bewirkt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zur Bildung des äußeren größeren Druckfeldes (auf der Außenseite der Steuerschale) im druckseitigen Bereich der die Lagerschale bzw. Lagerschalen oder die Steuerschale aufnehmenden Gehäusebohrung eine, im Querschnitt durch die Pumpe gesehen, bogenförmige, zur Gehäusebohrung konzentrische Aussparung vorgesehen ist, die von einem O-Ring abgedichtet ist, wobei in dieser Aussparung gegebenenfalls noch ein bogenförmiges Distanzstück angeordnet ist.
Ferner wird vorgeschlagen, daß bei mehreren Entlastungsdruckfeldern diese von Ausnehmungen in der Mantelfläche des Hohlrades gebildet werden, die mit den Zahnlücken durch Bohrungen verbunden sind. Es kann aber auch nur ein Entlastungsdruckfeld in Form einer in Umfangsrichtung sich erstreckenden Ausnehmung in der Steuerschale vorgesehen sein, durch welche Ausnehmung ein zum Hohlrad konzentrischer Spalt zwischen dem Hohlrad und der Steuerschale entsteht.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß zwei innere Gehäuseplatten, die über den Außenumfang des Hohlrades entsprechend vorstehen, als »Andrückscheiben«, je eine Platte auf jeder Seite, unter der Einwirkung eines axialen Druckes dichtend an den Seitenflächen der Zahnräder anliegen, die Förderräume stirnseitig abschließen, ferner die Lagerschalen bzw. die Steuerschale seitlich abstützen und noch*die die Lagerschalen beaufschlagenden Druckfelder axiaI begrenzen bzw. zu deren Begrenzung beitragen. Dabei können in der Gehäusebohrung Stege, Stifte, Vorsprünge od. dgl. vorgesehen sein, die zur Fixierung der Lagerschalen und der axial wirkenden Andrückscheiben dienen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
F i g. 1 zeigt eine Innenläufer-Zahnradpumpe im Querschnitt, F i g. 2 einen Schnitt längs der LinieA-A in Fi g. 1, F i g. 3 eine der Andrückscheiben in der Vorderansicht und F i g. 4 eine Variante zu F i g. 1.
Das Gehäuse der Zahnradpumpe besteht hauptsächlich aus dem Gehäusemittelteil 1 und den Lager-oder Seitendeckeln 2 und 3, in welchen die Pumpenwelle 4 gelagert ist. In dem Gehäuse befindet sich ein innenverzahntes Hohlrad 5 und ein außenverzahntes, mit dem Hohlrad kämmendes Ritzel 6, das auf der Pumpenwelle aufgekeilt ist, ferner ein im Querschnitt sichelförmiges Füllstück 7, das die beiden Lagerdeckel sowie zwei zwischen den Lagerdeckeln2 und 3 und den Zahnrädern 5 und 6 befindliche Andrückscheiben 8 und 9 durchdringt. In der Mantelfläche des Hohlrades 5 sind mehrere Entlastungsdruckfelder bildende Ausnehmungen 10 angeordnet. Jede Ausnehmung steht über eine Bohrung 11 mit einer Zahnlücke 12 des Hohlrades in Verbindung. Das Hohlrad stützt sich über zwei Lagerschalen 13 und 14 in dem Gehäusemittelteil 1 ab. Um die Lagerschalen in ihrer Lage zu fixieren, sind an der Innenseite des Gehäuses gemäß F i g. 1 zwei Stege 15 und 116 vorgesehen, gegen welche die Stoßflächen entsprechenden Endflächen der Lagerschalen anliegen. An Stelle der Stege 15 und 16 könnten auch Stifte od. de. angeordnet sein.
Zwischen der druckseitigen Lagerschale 14 und dem Gehäuse befindet sich ein in Umfangsrichtung sich erstreckendes äußeres Druckfeld 17, das von einem O-Ring 18 abgedichtet wird. Dieses äußere Druckfeld wird gemäß F i g. 1 von einer Aussparung 20 in der Hohlraumwand des Gehäusemittelteils 1 gebildet. Es könnte auch in Form einer Ausnehmung in der Außenfläche der Lagerschale 14 vorgesehen sein. Zwischen der Umfangswand der Aussparung 20## und der Außenumfangsfläche der Lagerschale 14 ist ein bogenförmiges Distanzstück 19 angeordnet. Die Verbindung des Druckfeldes 17 mit der Druckkammer 21 der Pumpe erfolgt über mehrere kleine Bohrungen 22 in der Lagerschale 14, von denen immer mindestens eine mit einem mit der Druckkammer 21 in Verbindung stehenden Entlastungsdruckfeld 10 im Hohlrad verbunden ist. Zur Begrenzung des äußeren Druckfeldes 17 zwischen der Lagerschale 14 und dem Gehäuse in axialer Richtung tragen auch die zur axWen Abdichtung der Pumpenkammer dienenden Andrückscheiben 8 und 9 bei, da sich der das Druckfeld eigentlich begrenzende O-Ring 18 gegen diese Scheiben abstützt. Die Entlastungsdruckfelder 10 werden in axialer Richtung von den Andrückscheiben 8 und 9 begrenzt. Die Andrückscheiben 8 und 9, welche in einer nicht näher gezeigten Weise unter der Wirkung eines axialen Druckes dichtend an den Seitenflächen der Zahnräder 5 und 6 anliegen, werden ebenfalls durch die in der Gehäusebohrung befindlichen Stege 15 und 16 oder Stifte usw. in ihrer genauen Lage gehalten und sind zu diesem Zweck mit Ausschnitten 23 und 24 (F i g. 3) ausgestattet.
Bei der in der F i g. 4 dargestellten Pumpe kommen die gemäß F i g. 1 in der Mantelfläche des Hohlrades angeordneten Entlastungsdruckfelder 10 in Fortfall und werden durch ein Entlastungsdruckfeld 28 ersetzt, das zwischen der Mantelfläche des Hohlrades 26 und der Steuerschale 27 liegt. Zu diesem Zweck wird die Steuerschale mit einer Ausnehmung versehen, oder es kommt eine entsprechend gebogene Steuerschale zur Anwendung, die nunmehr auf beiden Seiten je ein Druckfeld 25 bzw. 28 aufweist. Das äußere Druckfeld 25 wird bei der Ausführung nach F i g. 4 ebenfalls durch eine Aussparung in der Bohrungswand des Gehäusemittelteils gebildet.
Neben den bereits erwähnten Vorteilen der erfindungsgemäßen Pumpe ermöglicht die Anordnung von Lagerschalen am Umfang des Hohlrades auch eine Vereinfachung der Reparatur von bereits länger in Betrieb befindlichen Pumpen, da in diesem Falle lediglich die Lagerschalen aus ewechselt und das b 9 Füllstück erneuert werden muß. Eine Nacharbeit oder ein Austausch des kompletten Gehäuses ist nicht mehr erforderlich.

Claims

Patentansprüche: 1. Zahnradpumpe mit einem innenverzahnten Hohlrad und einem außenverzahnten, mit dem Hohlrad kämmenden Ritzel sowie einem zwischen den beiden Zahnrädern angeordneten sichelförmigen Füllstück, wobei zwischen der Außenumfangsfläche des Hohlrades und der dieses umgebenden Gehäusebohrungswand eine oder mehrere Lagerschalen, zumindest eine druckseitige Lagerschale, »Steuerschale« genannt, welche auf ihrer der Hohlradumfangsfläche abgewandten Außenseite durch Flüssigkeit unter Förderdruck beaufschlagt ist, angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die druckseitige Lagerschale bzw. Steuerschale (14, 27) so ausgebildet ist, daß sie auf der Außenseite unter der Wirkung eines äußeren in Umfangsrichtung sich erstreckenden, mit der Pumpendruckseite verbundenen größeren Druckfeldes (17, 25) und auf der Innenseite unter der Wirkung eines oder mehrerer, hauptsächlich in Umfangsrichtung sich erstreckender, bezüglich ihrer radial wirksamen, unter Förderdruck stehenden Fläche oder Flächensummen kleinerer Entlastungsdruckfelder (10, 28) steht.
2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des äußeren größeren Druckfeldes (17, 25) im druckseitigen Bereich der die Lagerschale bzw. Lagerschalen oder die Steuerschale (13, 14, 27) aufnehmenden Gehäusebohrung eine, im Querschnitt durch die Pumpe gesehen, bogenförmige zur Gehäusebohrung konzentrische Aussparung (20) vorgesehen ist, die von einem O-Ring (18) abgedichtet ist, wobei in dieser Aussparung gegebenenfalls noch ein bogenförmiges Distanzstück (19) angeordnet ist. 3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Entlastungsdruckfeldern diese von Ausnehmungen (10) in der Mantelfläche des Hohlrades (5) gebildet werden, die mit den Zahnlücken (12) durch Bohrungen (11) verbunden sind. 4. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entlastungsdruckfeld (28) in Form einer in Umfangsrichtung sich erstreckenden Ausnehmung in der Steuerschale (27) vorgesehen ist, durch welche Ausnehmung ein zum Hohlrad konzentrischer Spalt zwischen dem Hohlrad (5) und der Steuerschale entsteht. 5. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei innere Gehäuseplatten (8, 9), die über den Außenumfang des Hohlrades (5) entsprechend vorstehen, als »Andrückscheiben«, je eine Platte auf jeder Seite, unter der Einwirkung eines axialen Druckes dichtend an den Seitenflächen der Zahnräder anliegen, die Förderrinne stirnseitig abschließen, ferner die Lagerschalen (13, 14, 27) bzw. die Steuerschale (14, 27) seitlich abstützen und noch die die Lagerschalen beaufschlagenden Druckfelder axial begrenzen bzw. zu deren Begrenzung beitragen. 6. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäusebohrung Stege (15, 16), Stifte, Vorsprünge od. dgl. vorgesehen sind, die zur Fixierung der Lagerschalen und der axial wirkenden Andrückscheiben (8, 9) dienen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 325 849; deutsche Auslegeschrift Nr. 1006 722; schweizerische Patentschrift Nr. 211711; französische Patentschrift Nr. 501409; britische Patentschriften Nr. 270 000, 786 966-, USA.-Patentschriften Nr. 2 053 919, 2 076 664.